本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法。

背景技術(shù)：

1、隧道突涌水是影響隧道施工的最主要災(zāi)害，不但影響工程進(jìn)度，增加建設(shè)成本，還易造成隧道塌方等事故，影響建設(shè)安全，由于隧道修建地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性，地下水成為了引發(fā)隧道施工過程災(zāi)害事故的最主要因素之一，隧道突涌水災(zāi)害由于其高突發(fā)性、強(qiáng)破壞性，往往造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此在隧道施工過程中，對隧道突涌水災(zāi)害進(jìn)行有效的預(yù)測預(yù)警，成為了保障施工人員生命安全和國家財產(chǎn)的有效手段和重要需求，在進(jìn)行預(yù)警的同時應(yīng)該針對該隧道施工提供防治措施方向。

2、因此需提出一種基于隧道水動力與地質(zhì)條件的防突涌水安全快速評判且針對性地制定防治措施的方法，從而有效地提高隧道施工的安全性和效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，以提出一種基于隧道水動力與地質(zhì)條件的防突涌水安全快速評判且針對性地制定防治措施的方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，具體步驟為：

3、s1：數(shù)據(jù)采集單元，采集水動力條件數(shù)據(jù)和地質(zhì)特征實時數(shù)據(jù)，水動力條件包括地下水位及涌水量；地質(zhì)特征包括地層巖性、巖石質(zhì)量指標(biāo)、巖層產(chǎn)狀、地形地貌指數(shù)；

4、s2：數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)單元接收來自各傳感器的數(shù)據(jù)，利用評判算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，根據(jù)水動力條件和地質(zhì)特征的數(shù)據(jù)，評估涌水突泥的風(fēng)險程度；

5、s3：輸出評判結(jié)果，數(shù)據(jù)處理單元輸出防突評判結(jié)果以及相應(yīng)的建議措施，操作人員根據(jù)評判結(jié)果，采取相應(yīng)的防突措施。

6、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，s1中采集的步驟具體有：

7、s110，使用超前鉆探法對地下水位、地形地貌進(jìn)行檢測；

8、s120，利用經(jīng)緯儀測量得出巖層產(chǎn)狀，測量其中的地層走向、傾向、傾角及厚度；

9、s130，使用雙層巖芯管鉆進(jìn)獲得巖石質(zhì)量指標(biāo)rqd值。

10、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，s1中將地層巖性量化為非可溶性、弱可溶性、中等可溶性、強(qiáng)可溶性，采用t系數(shù)表示；

11、t＝a1b1+a2b2+a3b3

12、其中b1、b2、b3分別是強(qiáng)溶解性、中等溶解性和弱溶解性巖層的比例，a1、a2、a3為對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

13、計算隧道涌水量預(yù)測值，計算公式如下：

14、

15、式中，af(j)為野外實測裂隙寬度(mm)；aj,為裂隙走向與隧道軸線之間夾角(°)；cj,為裂隙與隧道沿隧道軸線方向相交的長度(m)；sj為裂隙間距(m)；h為地下水位至隧道底部高度(m)；j1,j2…jn為裂隙分組。

16、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，根據(jù)隧道涌水量q對突涌水等級進(jìn)行i、ii、iii、iv分類，代表危險、比較危險、比較安全、安全四個等級，主要考慮死亡人數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失、工期延誤因素，通過大隧道突涌水案例的水動力與地質(zhì)條件因素進(jìn)行聚類分析評估。

17、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，s2中對隧道狀態(tài)進(jìn)行計算和評估，確定該隧道目前的風(fēng)險等級，其算法預(yù)處理具體為：

18、s210，為水動力條件和地質(zhì)特征的評價指標(biāo)賦予對應(yīng)于所有風(fēng)險等級的功效系數(shù)值，用來消除指標(biāo)重復(fù)性對評價結(jié)果的影響，正功效系數(shù)公式如下：

19、

20、對應(yīng)的功效系數(shù)值如下：

21、

22、式中和分別為j風(fēng)險等級對應(yīng)的第i個評價指標(biāo)的正、負(fù)功效系數(shù)值；和分別為第i個評價指標(biāo)的區(qū)間上限和下限，對應(yīng)第j個風(fēng)險等級；xi，xj為第i個評價指標(biāo)和第j個指標(biāo)通過儀器測得的值。

23、s220，在上一步的基礎(chǔ)上，對單指標(biāo)系數(shù)進(jìn)行權(quán)重耦合，通過以下公式的權(quán)重耦合，得到正、負(fù)多指標(biāo)功效系數(shù)值；

24、

25、

26、s230，輸出風(fēng)險概率，將總功效系數(shù)值p定義為各風(fēng)險等級對應(yīng)的隸屬度大小，如下式所示；

27、

28、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，在s320中，wi為第i個評價指標(biāo)的綜合權(quán)重值，確定其值的具體步驟如下:

29、s221,選取m個隧道施工突水樣，n個評價指標(biāo)，建立原始矩陣b＝(bij)m×n，然后對原矩陣b進(jìn)行歸一化處理，得到矩陣r＝(rij)m×n。

30、s222,根據(jù)概念確定評價指標(biāo)的熵值：

31、

32、s223,熵權(quán)wj的計算公式如下:

33、

34、其中wj滿足

35、需要滿足

36、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，輸出風(fēng)險概率，若突涌水等級為iv的概率最大，則表示突涌水通常以小型涌突水災(zāi)害的形式展現(xiàn)，工作人員可按照正常的施工步驟進(jìn)行施工，適當(dāng)?shù)牟扇〕Ｒ?guī)措施進(jìn)行控制。

37、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，若突涌水等級為iii及以下，需根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行隧道地質(zhì)加固、調(diào)整施工方案等措施，將干預(yù)措施輸入系統(tǒng)中進(jìn)行再計算，重新計算正、負(fù)多指標(biāo)功效系數(shù)值中的權(quán)重：

38、w＝k1w1+k2w2

39、其中k1和k2為w1和w2的分配系數(shù)，w1為熵方法確定，w2由層次分析法確定，計算式如下：

40、w＝(w1,w2,…,wn)

41、其中w為各指標(biāo)的權(quán)重向量，wi(i＝1,2，…)，n)表示第i個指標(biāo)的權(quán)重；

42、

43、為第i個指標(biāo)的幾何平均值；

44、

45、最后重新計算風(fēng)險概率，使最大突涌水為iv等級概率最大后，按照上述方法進(jìn)行施工。

46、本方案的有益效果為：

47、1.通過多傳感器聯(lián)合檢測和控制單元的快速處理，通過實時采集和分析地質(zhì)與水動力特征數(shù)據(jù)，能夠迅速準(zhǔn)確地判識隧道內(nèi)部的涌水突泥風(fēng)險，快速做出反應(yīng)，提前采取相應(yīng)的防護(hù)措施。根據(jù)不同隧道的水動力和地質(zhì)特征，量化地層巖性和裂隙特征，結(jié)合地下水動力學(xué)特征，計算隧道涌水量預(yù)測值，結(jié)合評判算法提供個性化的防突策略，有效降低施工風(fēng)險，提高施工效率。

48、2.根據(jù)涌水量及其危害程度，將突涌水風(fēng)險分為四個等級，為不同風(fēng)險等級提供了相應(yīng)的防治措施建議，增強(qiáng)了風(fēng)險管理的針對性和有效性，系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，實時調(diào)整風(fēng)險評估結(jié)果和建議措施，確保該建議適用且有效于該隧道的施工過程，確保施工過程中的安全性和高效性，系統(tǒng)實時監(jiān)測隧道內(nèi)部環(huán)境的變化，并及時反饋給操作人員，使其能夠快速響應(yīng)，降低事故發(fā)生的可能性。

技術(shù)特征：

1.一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，具體步驟為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：s1中采集的步驟具體有：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：s1中將地層巖性量化為非可溶性、弱可溶性、中等可溶性、強(qiáng)可溶性，采用t系數(shù)表示；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：根據(jù)隧道涌水量q對突涌水等級進(jìn)行i、ii、iii、iv分類，代表危險、比較危險、比較安全、安全四個等級，主要考慮死亡人數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失、工期延誤因素，通過大隧道突涌水案例的水動力與地質(zhì)條件因素進(jìn)行聚類分析評估。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：s2中對隧道狀態(tài)進(jìn)行計算和評估，確定該隧道目前的風(fēng)險等級，其算法預(yù)處理具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：在s320中，wi為第i個評價指標(biāo)的綜合權(quán)重值，確定其值的具體步驟如下:

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：輸出風(fēng)險概率，若突涌水等級為iv的概率最大，則表示突涌水通常以小型涌突水災(zāi)害的形式展現(xiàn)，工作人員可按照正常的施工步驟進(jìn)行施工，適當(dāng)?shù)牟扇〕Ｒ?guī)措施進(jìn)行控制。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：若突涌水等級為iii及以下，需根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行隧道地質(zhì)加固、調(diào)整施工方案等措施，將干預(yù)措施輸入系統(tǒng)中進(jìn)行再計算，重新計算正、負(fù)多指標(biāo)功效系數(shù)值中的權(quán)重：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域，公開了一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，其特征在于：一種基于地質(zhì)與水動力特征的防突涌水安全快速檢測方法，具體步驟為：數(shù)據(jù)采集單元，采集水動力條件數(shù)據(jù)和地質(zhì)特征實時數(shù)據(jù)，水動力條件包括地下水位及涌水量；地質(zhì)特征包括地層巖性、巖石質(zhì)量指標(biāo)、巖層產(chǎn)狀、地形地貌指數(shù)；數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)單元接收來自各傳感器的數(shù)據(jù)，利用評判算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，根據(jù)水動力條件和地質(zhì)特征的數(shù)據(jù)；輸出評判結(jié)果，數(shù)據(jù)處理單元輸出防突評判結(jié)果以及相應(yīng)的建議措施，采取相應(yīng)的防突措施。以提出一種基于隧道水動力與地質(zhì)條件的防突涌水安全快速評判且針對性地制定防治措施的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：賈家銀,梁迪,凡志均,何世永,何軍元,周世均,賴中玉,艾卿,羅可,顏國強(qiáng),羅小強(qiáng),王沛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶中環(huán)建設(shè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6